二氧化硫衍生物及细胞核荧光探针的设计合成及细胞成像

发布时间：2020-07-08 00:55

【摘要】：二氧化硫(SO2)是一种有害的环境污染物,被吸入人体后能快速生成亚硫酸盐。SO2在体内可内源性产生,在心血管系统中具有独特的生理调节作用。然而,过量的亚硫酸盐却能够对人和动物产生毒性作用,引发不良反应和疾病。细胞遗传物质DNA是一些抗癌药物的主要靶点,由于天然DNA的荧光量子产量较低,寻找外源性荧光探针便显得十分必要。本论文围绕亚硫酸盐和DNA的荧光探针的设计合成开展相关工作,具体内容为:在第一章中,我们主要介绍了SO2及其衍生物的来源和相关性质,以及DNA在生物体内的重要作用,并对前人设计的相关探针做出总结。在第二章中,我们基于分子内电荷转移(ICT)机理并以苯并花菁为发色团设计合成了三个荧光探针分子以用于检测亚硫酸盐。荧光探针的设计理念是:以α,β-不饱和双键为反应位点,选择性地与亚硫酸盐发生亲核加成反应,最终导致探针分子的光物理性质发生变化。通过对比三个探针分子对亚硫酸盐的识别性能,挑选出最好的荧光探针分子进行深入探究。由于所选的探针具有较低的细胞毒性以及良好的细胞渗透性,我们将其成功地应用于细胞成像实验,实现了对细胞内亚硫酸盐的荧光检测。在第三章中,我们以6-氨基喹啉为母体,设计合成了一种用于细胞核染色的绿色荧光探针。通过紫外、荧光光谱以及圆二相色谱测试,我们发现鱼精DNA、小牛胸腺DNA均能与所合成的探针发生相互作用,从而导致探针积聚在细胞核中。由于细胞核在生物体内具有重要的作用,我们还对探针进一步做了生物应用,通过荧光共聚焦显微镜细胞成像实验,与商用细胞核染色剂DAPI对比,证明所了合成的探针具有良好的性能并可用于活细胞的细胞核染色。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318;O657.3
【图文】：

响应机理,探针

图１．２探针４的结构和响应机理以及其应用逡逑Ｗａｎｇ研究小组［７Ｑ］报道了一种基于ＦＲＥＴ机制的荧光探针５用于对Ｓ０２衍生逡逑物检测（图１．３）。这种探针的供体是荧光碳纳米点（ＣＤｓ），受体为半花氰衍生逡逑物。碳纳米点（ＣＤｓ）具有以下优越性能，例如易于加工制备、化学惰性、环境逡逑友好，可以通过在ＣＤｓ的表面嫁接设计成对分析物有反应的有机分子化学传感逡逑器。因此，该课题组展示了一个前所未有的基于能量转移的光致发光纳米探针用逡逑于选择性和定量性的检测Ｓ０２衍生物，通过对具有优良光学性能的无机分子ＣＤｓ逡逑嫁接花菁染料，该分子对ＨＳ0ｒ具有独特反应活性，不会受到其他分析物的干扰。逡逑焚光增强探针５被证实可以通过１，４－加成反应在溶液中检测Ｓ０２衍生物，表现逡逑为颜色从黄绿色到无色的比色变化，其检测限为Ｌ８｜＿ｉｍ0ｌ／Ｌ。此外，探针可以可逡逑视化的监测空气中的Ｓ０２气体。这种基于纳米材料的探针制备简单、快速。因此

核磁共振,响应机理,加成,探针

图１．４以裔基为加成位点的探针６的结构和响应机理逡逑Ｙｉｎ课题组基于醛基的亲核加成反应设计并构建了一种新型荧光材料探逡逑针７，该探针能够通过荧光“开启”的方式检测８０３＞和ＨＳ0ｒ邋（图１．５）。与其他相逡逑关的１４个阴离子相比，探针７对ＳＯ严和ＨＳＯ「有较大的选择性。此外，与以前逡逑的工作相比，该探针可以快速检测Ｓ０３２７ＨＳ0ｒ邋（在４分钟内）以及较低的检出逡逑限（８．８ｎｍｏｌ／Ｌ）。通过核磁共振和Ｘ射线衍射分析对加合物进行了表征，进一步逡逑验证了探针７的检测机理。最后，ＭＣＦ－７细胞荧光成像显示，探针７可用于低逡逑细胞毒性的活细胞Ｓ０２衍生物的监测。逡逑ｃ，Ｈ邋ｈ邋…逡逑ｐｒｏｂｅ邋７逦３３－ｆｏｌｄ邋ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ逡逑ｎｏｎ－ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓｅ逦ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ逡逑图１．５探针７的结构和响应机理逡逑１．３．３乙酰丙酸的脱保护逡逑Ｇｕ课题组［７３］研宄了一种基于硼－二吡咯乙烯选择性检测Ｓ０３２＿的比色比率的逡逑荧光探针ＢＯＤＩＰＹ－Ｌｅ邋（图１．６）。硼－二吡咯甲基左炔基酯（ＢＯＤＩＰＹ－Ｌｅ）由吲逡逑哚基的ＢＯＤＩＰＹ染料和左炔基保护基团组成，Ｓ0３２＿对其容易选择性地脱除保护。逡逑其结果是，紫外吸收光谱和荧光发射光谱出现了明显的红移，实现了比色和比率逡逑的实现可以探测Ｓ０３２＿的荧光探针。此外

响应机理,探针

＾０逦（＿逦ｓ0３２－逡逑图１．６以乙酰丙酸为反应位点的８的结构和响应机理逡逑Ｏｎｏ等人报道［７４］，在温和和中性的条件下，乙酿丙酸保护的苯酚片断很容易逡逑被Ｓ０３＞选择性地破坏。在本报告的基础上，Ｃｈａｎｇ课题组尝试构建一种基于试逡逑卤灵的新型亚硝酸盐选择性探针系统（图１．７）。试卤灵的乙酰丙酸在选择性去保逡逑护乙酰丙酸基团的基础上，对水介质中的Ｓ0３２—表现出明显的显色性和开启型荧逡逑光信号。该探针与亚硫酸盐反应产生肉眼可见的可检测的紫外和荧光的信号变化，逡逑并对Ｓ０３２－有良好的选择性，通过氢谱跟踪证明了该反应的反应机理。逡逑ｉ＊ｓ0＊，逦0逦Ｓｕ丨丨ｍｅ逡逑＊邋？逦？邋＊逦＂邋ｈｅＳｓ邋ｂｕｆｆｅｒ逡逑Ｏ逦９逦（ＰＨ邋７．。）逦，，Ｖ逡逑■。肩。读：Ｕ逡逑图１．７探针９的结构和响应机理以及反应前后洛液变化逡逑１．３．４其它逡逑Ｃｈａｏ等人报道一个采用偶氮基团连接的非发射二核铱（ＩＩＩ）络合物（ＳＰ－２）逡逑作为亚硫酸盐和亚硫酸盐用磷光探针１０邋（图１．８）。ＳＰ－２对Ｓ０３２＿ｆｆ邋ＨＳ０３＿具有逡逑高选择性和高灵敏度的激发磷光响应。此外

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